Pour faire fonctionner un réacteur à neutrons rapides, il faut de la matière fissile. Celle-ci peut être :• de l’uranium enrichi à 19,75% en isotope 235 (ce qu’on appelle du HALEU, pour « high assay low enriched uranium ») ;• du MOX, constitué d’oxydes de plutonium (entre 20 et 28,5% pour un RNR HEXANA) et d’uranium appauvri.
Le MOX présente plusieurs avantages. Il permet de valoriser le plutonium produit en réacteur (y compris du plutonium de mauvaise qualité isotopique difficile à réemployer en réacteur à eau pressurisée) afin de ne pas avoir besoin d’uranium naturel (extrait de mines et importé). Il permet également d’atteindre une densité de matière fissile supérieure au HALEU, améliorant les performances du cœur. Le MOX est produit industriellement par Orano en France, mais les teneurs en plutonium nécessaires aux RNR nécessiteront de nouvelles chaînes de production, en phase de planification avancée.
Le cœur peut être ceint d’une ou deux couronnes d’assemblages fertiles, constitués d’uranium appauvri, destinés à régénérer le plutonium consommé afin d’être iso- voire surgénérateur en plutonium.
Le HALEU, quant à lui, est plus simple à produire. Il ne nécessite pas de retraiter du combustible usé, simplement d’enrichir davantage de l’uranium naturel. Il conserve cependant la dépendance aux importations d’uranium et ne permet pas de fermer le cycle du combustible. La chaîne d’approvisionnement en HALEU pourrait être prête un peu avant celle du MOX pour les RNR, mais la qualification de combustible HALEU pour RNR pourrait être également plus délicate à justifier. La capacité du HALEU à permettre le démarrage de réacteurs avant que du MOX soit disponible reste ainsi à démontrer.
Le réacteur HEXANA est conçu pour pouvoir fonctionner aussi bien avec du combustible MOX que HALEU. Si le MOX reste le combustible par excellence pour les RNR, le HALEU permettra de sécuriser l’approvisionnement en combustible et de servir des clients internationaux ne souhaitant pas recourir au MOX.
Dans le cas du HALEU, on compense la plus faible densité de matière fissile par la taille de la zone réactive, en remplaçant les assemblages fertiles de la configuration du cœur MOX iso-générateur par des assemblages supplémentaires, et en augmentant la hauteur fissile des aiguilles sans augmenter la hauteur de l’assemblage, afin de garder la même géométrie du réacteur.
Nos réacteurs étant prévus pour durer 80 ans, le combustible employé pourra évoluer. Par exemple, un cœur démarrant au HALEU pourra évoluer vers du MOX ou l’inverse. De même, des évolutions de structure du combustible sont envisagées à plus long terme (augmentation de la taille des pastilles), mais pas dans un premier temps, afin que les contraintes de qualification (nécessitant des capacités d’irradiation en spectre rapide) ne retardent pas le chemin critique du projet.
